Giải mã công nghệ giúp Trung Quốc thống trị ngành đường sắt cao tốc toàn cầu

Cuối năm nay, mạng lưới đường sắt cao tốc lớn nhất thế giới của Trung Quốc sẽ tiếp tục được mở rộng với hàng loạt tuyến mới đi vào khai thác, trong đó có Phúc Châu - Hạ Môn (277 km), Quảng Châu - Sán Đầu (203 km) và Thượng Hải - Nam Kinh (278 km). Khi hoàn thành, tổng chiều dài các tuyến mới thậm chí vượt quá toàn bộ mạng lưới đường sắt cao tốc của Đức hiện nay. Các đoàn tàu trên những tuyến này được thiết kế để vận hành với tốc độ tối đa lên tới 350 km/giờ.

Điểm đáng chú ý không chỉ nằm ở quy mô hay tốc độ, mà còn ở phương thức thi công. Khác với phần lớn các tuyến đường sắt trước đây, những dự án mới được xây dựng chủ yếu bằng robot chuyên dụng, được trang bị trí tuệ nhân tạo. Theo Wang Peixiong, kỹ sư trưởng của Tập đoàn Cục điện khí hóa xây dựng đường sắt Trung Quốc, việc triển khai robot xây dựng đường sắt điện khí hóa trên cao ở quy mô lớn là một cột mốc quan trọng, cho thấy máy móc có thể đảm nhận phần lớn các công việc nặng nhọc và phức tạp trong xây dựng hạ tầng đường sắt cao tốc.

Xây dựng đường sắt vốn là lĩnh vực đòi hỏi khối lượng lao động lớn, bao gồm các công đoạn như đào đắp, san nền, đặt ray, thi công cầu và hầm, lắp đặt hệ thống tín hiệu và thông tin liên lạc. Trước đây, đây cũng là công việc tiềm ẩn nhiều nguy hiểm. Chẳng hạn, dự án đường sắt băng qua dãy Sierra Nevada ở Mỹ từng cần tới hơn 10.000 công nhân xây dựng.

Ngày nay, robot cùng nhiều công nghệ tiên tiến đã đảm nhiệm phần lớn các công việc nặng nhọc này. Năm 2018, Trung Quốc giới thiệu thiết bị tự động có khả năng đặt ray cao tốc với tốc độ khoảng 1,5 km mỗi ngày. Đến năm 2021, nhờ cải thiện độ chính xác và khả năng vận hành liên tục 24/7, năng suất của hệ thống này tăng lên khoảng 2 km mỗi ngày. Sau đó, robot tiếp tục được mở rộng phạm vi ứng dụng, từ hàn, sơn, kiểm tra kỹ thuật cho tới đào hầm, đổ bê tông và nhiều hạng mục khác.

Tuy nhiên, phải đến gần đây, robot mới có thể đảm nhiệm một trong những công đoạn phức tạp nhất là xây dựng hệ thống tiếp điện trên cao (OCS) cho đường sắt cao tốc. Hệ thống này bao gồm dây điện, cột đỡ, khung trụ và cần lấy điện để cung cấp năng lượng cho tàu. Việc thi công OCS đòi hỏi nhiều bước phức tạp, từ lắp ráp sẵn các bộ phận, vận chuyển vật liệu tới công trường cho đến lắp đặt chính xác trên cao.

Theo Jiang Zhehua, kỹ sư trong nhóm của Wang, việc lắp đặt khung trụ và cáp treo từng được xem là đặc biệt nguy hiểm. Công nhân phải làm việc ở độ cao lớn, phối hợp chặt chẽ giữa nhóm trên mặt đất và nhóm trên cột đỡ. Chỉ một sai sót nhỏ cũng có thể dẫn tới tai nạn nghiêm trọng, thậm chí gây chết người. Chính vì vậy, lắp đặt hệ thống OCS từng là khâu tốn sức và rủi ro nhất trong các dự án đường sắt cao tốc.

Để giải quyết bài toán này, các kỹ sư đã phát triển công nghệ xây dựng tự động dựa trên nền tảng quản lý dữ liệu số và hệ thống thông minh. Cảm biến tại công trường liên tục thu thập dữ liệu theo thời gian thực, sau đó truyền về kho thông minh. Tại đây, hệ thống tự động xác định vật liệu cần thiết, vận chuyển tới nhà máy để lắp ráp sẵn các bộ phận như khung trụ, cần lấy điện, thanh treo, rồi đưa ra công trường và lắp đặt chính xác vào vị trí thiết kế.

Dù vậy, robot vẫn đối mặt với không ít thách thức, từ địa hình không bằng phẳng, chướng ngại vật tự nhiên cho tới điều kiện thời tiết bất lợi. Việc lắp đặt OCS đòi hỏi hàng loạt bộ phận phải được căn chỉnh đồng bộ với độ chính xác rất cao, trong khi nhiều robot phải phối hợp nhịp nhàng để hoàn thành công việc.

Giải pháp cho những thách thức này chính là trí tuệ nhân tạo. Nhờ các thuật toán nhận dạng hình ảnh và lập kế hoạch thông minh, robot có thể xác định và lắp đặt cần lấy điện với độ chính xác trong phạm vi 1 mm. AI cũng giúp robot hoạt động ổn định trong điều kiện thời tiết xấu, làm việc song song ở cự ly gần, tự điều chỉnh thao tác, siết chặt ốc vít và quay về điểm chờ lệnh tiếp theo.

Không chỉ ở công trường, trí tuệ nhân tạo còn được ứng dụng sâu trong khâu hậu cần. Tại các nhà kho, xe nâng thông minh có thể tự động bốc xếp và vận chuyển vật liệu. Hệ thống kiểm soát chất lượng sử dụng mạng nơ-ron được huấn luyện trên 30 loại vật liệu khác nhau để phát hiện khuyết điểm trước khi đưa vào sử dụng, giúp tốc độ xử lý nhanh hơn khoảng 10 lần so với nhà kho truyền thống.

Với khả năng làm việc liên tục, chính xác và an toàn, robot xây dựng đang trở thành lời giải cho bài toán thiếu hụt lao động tay nghề cao cũng như chi phí nhân công ngày càng tăng. Đây cũng là nền tảng quan trọng giúp Trung Quốc duy trì vị thế dẫn đầu thế giới trong lĩnh vực phát triển đường sắt cao tốc.

(Theo SCMP)